从"更多检出"到"真实还原",全局代谢组学如何获得更真实的代谢图谱?

2026-07-30 11:18:43, 飞飞 赛默飞色谱与质谱分析


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 导 语 








随着高分辨质谱技术不断发展,代谢组学能够检测到的化合物数量持续增加。然而,对于研究者而言,更重要的问题是:实验获得的数据,是否足够真实地反映了生物样本本身?

复杂生物样本中,高丰度离子干扰、低丰度代谢物遗漏以及动态范围限制,都会影响最终获得的代谢图谱。近期,奥斯陆大学医院代谢组学与脂质组学团队结合多年研究实践,分享了他们对于全局代谢组学的思考,并系统评估了增强动态范围(Enhanced Dynamic Range,eDR)技术在复杂样本中的应用表现。研究表明,通过优化数据采集策略,可以进一步提升低丰度代谢物检出能力,使获得的数据更加接近生物样本的真实代谢组成。


不止"非靶向",重新定义全局代谢组学

奥斯陆大学医院团队提出了一个值得关注的观点:相比行业普遍使用的"非靶向代谢组学(Untargeted Metabolomics)",他们更倾向于使用"全局代谢组学(Global Metabolomics)"这一表述。

两种说法对应的是同一类技术,但强调的研究目标有所不同。

“非靶向”侧重检测方式的无预设性,而“全局代谢组学”聚焦研究维度的完整性与真实性。全局代谢组学关注的,并不是谱峰数量或化合物列表的不断增加,而是尽可能保留样本中的原始代谢信息,使实验获得的数据更加接近生物体真实的代谢状态。这也是团队十余年来持续探索的研究方向。

在多组学研究体系中,代谢组是最贴近临床表型与生命实时状态的研究维度。不同于稳态特征显著的基因组、转录组、蛋白质组,代谢组可对疾病进展、药物干预、饮食运动、环境刺激做出极速动态应答。因此,越完整、越保真的代谢图谱,越有助于研究者理解复杂生物学过程,并发现新的代谢特征


为什么"检测更多"并不等于"还原更多"?

质谱硬件性能的持续升级,大幅提升了代谢物检出能力,但复杂生物样本的固有属性,始终制约着数据的真实性与完整性。

生物样本中代谢物浓度跨度覆盖多个数量级,检测过程中,高丰度离子会抢占绝大部分质谱采集资源,大量与疾病调控、生理功能密切相关的低丰度核心代谢物,极易因信号被压制、响应微弱而丢失,最终造成代谢图谱失真、关键信息缺失。

这也直指行业核心瓶颈:单纯追求检出数量的增长,无法突破数据偏倚困境,难以还原真实代谢全景。

对此,团队凝练出清晰的科研取舍逻辑:若靶向代谢组学可解答既定科研命题,优先选用靶向方案,其精准高效、定量稳定;但真正突破性的科研发现,往往隐匿于预设靶向检测范围之外。

这正是全局代谢组学的价值:不仅关注检测数量,更关注让原本容易被高丰度基质遮蔽的低丰度代谢物重新进入研究者的观察范围。


优化动态范围,让更多低丰度代谢物进入检测范围

针对高低丰度代谢物信号失衡、低丰度功能标志物易丢失的行业痛点,团队重点验证并推介了eDR技术,并用一个生动且精准的比喻定义其核心价值:eDR,是质谱检测领域的“罗宾汉”

eDR通过优化不同丰度离子的采集策略,在保持定量准确性的基础上,降低高丰度离子的影响,提高低丰度代谢物的检测机会,使整体代谢图谱更加接近样本真实组成。

图1|优化动态范围,帮助获得更完整的代谢图谱

(点击查看大图)

eDR通过将完整MS质量范围划分为多个Orbitrap子扫描窗口,实现不同丰度离子的更加均衡采集。对于全局代谢组学而言,优化动态范围不仅改善了谱图质量,更提高了复杂样本中低丰度代谢物的检测机会,使获得的数据更加接近样本真实代谢组成。


研究结果:复杂样本覆盖能力进一步提升

奥斯陆大学医院团队依托标准参考血浆、EDTA临床血浆、干血斑(DBS)等主流科研与临床样本,完成了eDR技术的多场景、系统性验证,硬核数据充分印证其应用价值。

图2|参考血浆样本代谢物覆盖能力显著提升

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采用eDR后,参考混合血浆样本检测到的化合物数量突破7500种,较传统检测流程提升619%;数据库有效注释代谢物数量提升超139%,大量原本无法识别的低丰度功能代谢物,成功纳入标志物筛选与机制研究体系。

图3|改善复杂基质干扰,提高低丰度代谢物检测能力

(点击查看大图)

针对EDTA血浆样本,eDR有效降低高丰度基质离子的影响,使与其共洗脱的亮氨酸/异亮氨酸、CAR(2:0)、Thr-Asp等低丰度代谢物获得更高信噪比,进一步改善复杂样本中的代谢物检测能力。

图4|进一步释放干血斑样本中的代谢信息

(点击查看大图)

在干血斑(DBS)样本中,eDR获得了更多MS¹特征峰及更高的数据库注释数量,进一步释放了微量样本中的代谢信息,为干血斑等新型样本的代谢组学研究提供了更加丰富的数据支持。

图5|智能MS/MS采集进一步拓展代谢组学信息深度

(点击查看大图)

结合AcquireX™智能MS/MS采集策略,研究获得了更多差异代谢特征及更丰富的MS/MS数据,并成功鉴定传统采集模式未能发现的低丰度脂质,为未知代谢物解析和生物标志物发现提供了更加全面的数据基础。


小结

奥斯陆大学医院团队认为,未来推动全局代谢组学发展的,不仅是检测能力的持续提升,还包括代谢物注释体系、长期质量控制以及标准化流程建设。

从"检测更多"到"还原更多",全局代谢组学的发展重点正在发生变化。

如何获得更加完整、更可靠、更接近生物样本真实状态的数据,将成为未来研究持续关注的重要方向。

对于研究者而言,技术创新的价值,不只是获得更多数据,而是帮助我们更加真实地认识生命系统。


Research Highlights


奥斯陆大学医院团队研究结果:

检测化合物数量 7500+

体代谢覆盖度提升 619%

数据库注释提升 >139%

共洗脱代谢物信噪比提升 2–7倍

干血斑样本获得更高检测增益

一分钟大咖观点速览:Katja Elgstoen博士,了解Orbitrap Excedion及eDR功能助力全局代谢组学研究!

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